DE2021652B2 - Pipe connection - Google Patents

Pipe connection

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Description

4545

Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a pipe connection according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Rohrverbindung ist aus der US-PS 59 013 bekannt Eine derartige Rohrverbindung arbeitet nicht voll zufriedenstellend. Bei der Herstellung der Verbindung trat bei der Aufbringung eines mittleren Drehmomentes eine merkliche Ausweitung des Kupplungsendes auf. Es treten an verschiedenen Teilen aber nicht nur Verwerfungen nach innen auf, sondern die Rohrverbindung wölbt sich auch aus.Such a pipe connection is known from US Pat. No. 59,013. Such a pipe connection does not work fully satisfactorily. When making the connection occurred when applying a medium Torque a noticeable expansion of the coupling end. It occurs on different parts though not only inward warping, but the pipe connection also bulges out.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine derartige Rohrverbindung herzustellen, bei der auch bei hohen Drehmomenten keine merkliche Beschädigung auftrittThe present invention is based on the object to produce such a pipe connection, in which no noticeable damage occurs even at high torques

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die technische Lehre der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöstAccording to the invention, this object is achieved by the technical teaching of the characteristics of the Part of claim 1 solved

Durch die Unterschneidung und die Unterschneidungswinkelbereiche können hohe Drehmomente aufgenommen werden, ohne daß unerwünschte Deformationen auftreten, und es wird unter verschiedenen Belastungsbedingungen eine gute Abdichtung erzielt, wobei der Trennabstand es ermöglicht daß die zuerst anliegenden Enden zur sicheren Herstellung der zweiten Abdichtung eine gewisse Deformation erleiden können.By the undercut and the undercut angle areas high torques can be absorbed without undesired deformations occurring, and it is under various A good seal is achieved under load conditions, the separation distance enabling the first adjacent ends suffer a certain deformation in order to reliably produce the second seal can.

Eine Unterschneidung des axialen Endes des Steckkopfes und der inneren Riugschulter der Muffe in der Größenordnung von 10° bis 30° ist zwar aus der FR-PS 14 89 013 an sich bekannt Bei dieser Ausführungsform übergreift aber das axiale Ende der Muffe den Steckkopf ohne Anschlag, so daß das Problem einer möglichen Stauchung zwischen paarigen Anlageflächen an den beiden Gewindeenden nicht auftrittAn undercut of the axial end of the plug head and the inner Riugschulter of the sleeve in the The order of magnitude of 10 ° to 30 ° is known per se from FR-PS 14 89 013. In this embodiment but engages over the axial end of the sleeve the plug head without a stop, so that the problem of a possible compression between paired contact surfaces at the two thread ends does not occur

Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigtThe invention is intended in the following description with reference to the figures of the drawing explained. It shows

F i g. 1 eine Teilschnittansicht einer Rohrverbindung mit zwei Rohrabschnitten, wobei die Verbindung aus einer Muffe besteht und wobei die Enden der beiden Rohrstücke die Steckköpfe bilden, und wobei ein getrenntes Dichtungs-Element aus Kunststoff die inneren Schultern der Muffe bildetF i g. 1 is a partial sectional view of a pipe connection with two pipe sections, the connection from consists of a sleeve and wherein the ends of the two pipe sections form the plug-in heads, and wherein a Separate sealing element made of plastic forms the inner shoulders of the sleeve

Fig.2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, und zwar ohne das getrennte KunststoffdichtungselementFIG. 2 is a view similar to FIG. 1, namely without the separated plastic sealing element

Fig.3 eine vergrößerte Ansicht des Dichtungselements und3 shows an enlarged view of the sealing element and

F i g. 4 eine auseinandergezogene Ansicht des Steckkopfs und der Muffe, wobei die Unterschneidung an der Schulter veranschaulicht istF i g. 4 is an exploded view of the male head and sleeve with the undercut on the Shoulder is illustrated

Die F i g. 1 und 2 zeigen zwei Rohrabschnitte 10. Es sei bemerkt daß es sich hierbei um Rohre, Ummantelungen oder Bohrrohre oder Bohrgestänge handelt wie sie bei Gas- und ölbohrlöchern verwendet werden. Es sei ebenfalls an dieser Stelle bemerkt, daß in der Zeichnung eine aufgeschraubte und verankerte Verbindung dargestellt ist daß die Erfindung jedoch ebenfalls auf eine sogenannte integrale Verbindung anwendbar ist bei der der Gewindeabschnitt des Rohrs durch eine Schmiedetechnik verstärkt ist um mehr Metall in dem Bereich zur Verfügung zu haben, in den die Gewinde eingeschnitten werden.The F i g. 1 and 2 show two pipe sections 10. It should be noted that these are pipes, jackets or drill pipe or drill pipe as used in gas and oil wells. It should also be noted at this point that in the drawing a screwed and anchored connection it is shown that the invention can, however, also be applied to a so-called integral connection is in which the threaded section of the pipe is reinforced by a forging technique to include more metal in the To have area available in which the threads are cut.

Die Kupplungsmuffe ist in Fig. 1 mit 11 bezeichnet und diese Kupplungsmuffe weist Innengewinde an jedem Ende auf, welches in Eingriff mit dem Ende eines Rohrabschnitts gelangtThe coupling sleeve is denoted by 11 in FIG. 1 and this coupling sleeve has internal threads at each end which engage the end of a Pipe section arrives

Die spezielle Form der Gewinde ist nicht kritisch; die Gewinde können beispielsweise derart ausgebildet sein, wie es in der USA-Patentschrift 32 24 799 dargestellt und beschrieben ist In jedem Fall sind die Gewinde auf einem konischen Abschnitt aufgebracht und die Steckköpfe haben vorzugsweise verschwindende Gewinde, während die Muffe volle Gewinde aufweist Dies ermöglicht eine einfache Bearbeitung zum Zweck einer wirtschaftlichen Fertigung und vereinfacht die Montage im Gelände. Die Muffe kann mittels eines Standard-Gewindekopfs mit dem Gewinde versehen werden und der Steckkopf kann durch die Verwendung einer üblichen Drehbank mit einem Gewinde versehen werden.The specific shape of the threads is not critical; the threads can be designed, for example, as shown and described in US Pat. No. 32 24 799. In each case, the threads are open applied to a conical section and the plug-in heads preferably have vanishing threads, while the socket is fully threaded this allows for easy machining for the purpose of a economical production and simplifies assembly in the field. The socket can be fitted with a standard threaded head be provided with the thread and the plug head can be through the use of a conventional Lathe can be threaded.

Der Steckkopf 10 weist eine äußere, konische Dichtungsoberfläche 12 auf und die Muffe hat eine innere, konisch verlaufende Dichtungsoberfläche 13. Die Oberflächen 12 und 13 sind komplementär zueinander ausgebildet Diese Oberflächen können beispielsweise mit einem sogenannten Phonograph-finisch oder mit einer Rillenoberfläche ausgerüstet wie es in der USA-Patentschrift 32 24 799 beschrieben wird. Diese komplementären Oberflächen bilden eine Primärdichtung und stellen eine leckdichte Verbindung an denThe plug head 10 has an outer, conical sealing surface 12 and the socket has one inner, tapered sealing surface 13. The surfaces 12 and 13 are complementary formed with respect to one another. These surfaces can be finisch, for example, with a so-called phonograph or equipped with a groove surface as described in US Pat. No. 3,224,799. These complementary surfaces form a primary seal and provide a leak-tight connection to the

Dichtlingsoberflächen sicher auch dann, wenn die Verbindung nicht vollständig angezogen istSeal surfaces safe even if the connection is not fully tightened

Der Steckkopf weist eine äußere Ringschulter 14 auf und diese Schulter ist unterschnitten, vie es deutlich aus F i g. 4 zu erkennen ist Der Winkel a liegt im Bereich zwischen etwa 5° bis zu etwa 10°. Das zusammenwirkende Ende der Muffe 11 weist ebenfalls eine unterschnittene Oberfläche 15 auf und der Winkel b ist im wesentlichen der gleiche wie der Winkel a. Die Anlage der beiden Oberflächen 14 und 15 kann eine Sekundärdichtung ergeben. Die abgewinkelten Schultern am Ende des Steckkopfs und an der Muffe verhindern eine Lösung. Wenn die Winkel a und b kleiner sind ais 5", dann kann das Ende 15 der Muffe 11 nach oben steigen und außer Kontakt mit der Schulter 14 des Steckkopfs gelangen, wenn ein hohes Drehmoment aufgebracht wird. Wenn andererseits diese Winkel größer sind als etwa 10°, so kann die Verbindung nicht richtig funktionieren. Das Problem, da*·, hierbei auftritt, besteht darin, daß der nicht abgestützte Gewindeabschnitt am Ende der Muffe sich nach innen verbiegt, wenn die Winkel groß genug sind, um eine Kraftkomponente längs der aneinander anliegenden Oberflächen zu erzeugen, die plastisch das Ende der Muffe verformt und dieses radial nach innen bewegt Dieses deformierte Ende der Muffe beschädigt das Gewinde, wenn die Verbindung die nächsten Male wiederhergestellt werden soll Wenn nicht das verschwindende Gewinde am Steckkopf wäre, welches den Zwischenraum bewirkt und eine Deformation des Muffenendes ermöglicht, könnten die Winkel a und b viel größer als etwa ΪΟ° sein. Der kritische Winkel von etwa 5° bis zu etwa 10° für die gegeneinander anliegenden Oberflächen ist bei der erfindungsgemäßen Verbindung erforderlich, damit die axiale Kraftkomponente ausreichend groß ist, um eine Bewegung der Muffe in jeder Richtung längs dieser Oberflächen zu verhindern.The plug-in head has an outer annular shoulder 14 and this shoulder is undercut, as can be clearly seen from FIG. 4 can be seen. The angle a is in the range between approximately 5 ° up to approximately 10 °. The cooperating end of the sleeve 11 also has an undercut surface 15 and the angle b is substantially the same as the angle a. The abutment of the two surfaces 14 and 15 can result in a secondary seal. The angled shoulders at the end of the plug head and on the sleeve prevent a solution. If the angles a and b are less than 5 ", then the end 15 of the sleeve 11 can rise up and out of contact with the shoulder 14 of the plug head when a high torque is applied The problem that arises here is that the unsupported threaded portion at the end of the socket will bend inward if the angles are large enough to cause a component of force along the adjacent surfaces that plastically deform the end of the sleeve and move it radially inward allows deformation of the socket end, angles a and b could be much larger than about ΪΟ °. The critical angle of about 5 ° up to about 10 ° for the mutually abutting surfaces is required in the connection according to the invention so that the axial force component is sufficiently large to prevent movement of the sleeve in any direction along these surfaces.

Die Seku.idärdichtung ist zwischen dem Ende 16 des Steckkopfs und der inneren Ringschulter 17a der Muffe vorgesehen. Die Schultern 17a sind vorzugsweise unter dem gleichen Winkel unterschnitten wie die Oberflächen 14 und 15 und die Enden der Einsteckköpfe 16 sind mit dem gleichen Winkel unterschnitten, um zu verhindern, daß einer der Teile über den anderen steigt, wenn ein hohes Drehmoment aufgebracht wird. Da die mit Anlage Metall gegen Metall gegeneinander anliegenden inneren Dichtungsglieder vollständig von komplementären Oberflächen getragen werden, kann der Maximalwinkel anstatt 10° für die äußere Dichtung hier etwa 20° betragen.The secondary seal is between the end 16 of the plug head and the inner annular shoulder 17a of the sleeve intended. The shoulders 17a are preferably undercut at the same angle as the surfaces 14 and 15 and the ends of the insertion heads 16 are undercut at the same angle in order to prevent one of the parts from climbing over the other when high torque is applied. Since the with metal against metal abutting inner sealing members completely from complementary surfaces, the maximum angle can be used instead of 10 ° for the outer seal be about 20 ° here.

Wenn die Rohrverbindung für Leitungen verwendet wird, in denen korrosive Medien geführt werden, wird die innere Ringschulter der Muffe vorzugsweise durch eine Dichtung 17 gebildet Die Dichtung 17 ist ringförmig und sitzt in einer Nut 18 in der Muffe 11, wie es in Fig.3 dargestellt ist Dieser Dichtungsring hat einen T-förmigen Querschnitt und weist Flansche 176 und Schultern 17c auf. Diese Schultern 17c sind unter dem gleichen Winkel unterschnitten, wie es in Verbindung mit der Oberfläche 17a erläutert wurde. Da die Neigung besteht, daß die Dichtung 17 aus der Nut 18 herausgezogen werden kann, und zwar durch Kräfte, die durch das Ende des Steckkopfs ausgeübt werden, sollte der Unterschneidungswinkel an den Steckköpfen und an den entsprechenden Oberflächen der Dichtung den Wert von etwa 10° nicht übersteigen.If the pipe connection is used for lines carrying corrosive media the inner annular shoulder of the sleeve is preferably formed by a seal 17. The seal 17 is annular and seated in a groove 18 in the sleeve 11, such as it is shown in Fig.3 this sealing ring has has a T-shaped cross-section and has flanges 176 and shoulders 17c. These shoulders 17c are below undercut the same angle as explained in connection with surface 17a. There the tendency is that the seal 17 can be pulled out of the groove 18, by forces that should be exercised by the end of the plug head, the undercut angle should be on the plug heads and do not exceed a value of approx. 10 ° on the corresponding surfaces of the seal.

Wenn die Verbindung hergestellt ist Hegt das Ende des Steckkopfs gegen die Oberfläche 17c der Dichtung an und der Flansch 176 verhindert, daß die Dichtung während der Herstellung der Verbindung herausgedrückt wird. Die Unterschneidung der Oberflächen 16 und 17c sichert daß die Dichtung zwischen diesen Oberflächen nicht getrennt wird, wenn die Verbindung unter einer Zugbelastung stehtWhen the connection is made, the end of the plug head bears against surface 17c of the gasket on and the flange 176 prevents the gasket from being squeezed out during the connection process will. The undercut of surfaces 16 and 17c ensures the seal between them Surfaces will not be separated if the connection is under tensile load

2-, Die Dichlung 17 besteht vorzugsweise aus einem halogenierten Kohlenwasserstoffester, wie beispielsweise aus einem fluorierten Kohlenwasserstoffester, der unter dem Handelsnamen Teflon erhältlich ist oder einem chlorierten Kohlenwasserstoffester, der unter2-, The sealing 17 preferably consists of one halogenated hydrocarbon ester, such as from a fluorinated hydrocarbon ester, the is available under the trade name Teflon or a chlorinated hydrocarbon ester, which is available under

in dem Handelsnamen Penton erhältlich istis available under the trade name Penton

Die Bearbeitungstoleranzen der Verbindung sind derart und befinden sich an solchen Stellen, daß, wenn die innere Schulter eine getrennte korrosionsbeständige Dichtung ist, die innere Schulter zuerst anliegt, um einenThe machining tolerances of the connection are such and are located in such places that, if the inner shoulder is a separate corrosion resistant seal, the inner shoulder abuts one around one first

j 5 Dichtungskontakt sicherzustellen. Wenn die innere Schulter ganzteilig mit der Muffe ausgebildet ist, wie es in Fig.2 gezeigt ist, können entweder die äußere Schulter oder die innere Schulter zuerst zur Anlage gelangen, und zwar mit einer maximalen axialenj 5 ensure sealing contact. When the inner Shoulder is formed in one piece with the sleeve, as shown in Fig.2, either the outer Shoulder or the inner shoulder come to rest first, with a maximum axial

Toleranz der anderen Schulter von 0,254 mm.Tolerance of the other shoulder of 0.254 mm.

Es sei bemerkt daß die Dichtung 17 insbesondere dann erwünscht ist, wenn korrosive Flüssigkeiten durch das Rohr hindurchgeleitet werden. Für gewöhnliche Zwecke kann die Schulter, die durch die Dichtung 17It should be noted that the seal 17 is particularly desirable when corrosive liquids through passed through the pipe. For ordinary purposes, the shoulder formed by seal 17

•r> gebildet wird, einfach ein Teil der Muffe 11 sein und integral mit dieser ausgebildet sein.• r> is simply part of the sleeve 11 and be formed integrally with this.

Selbstverständlich kann eine Dichtung aus dem gleichen Material wie die Dichtung 17 zwischen den Oberflächen 14 und 15 angeordnet sein.Of course, a seal made of the same material as the seal 17 between the Surfaces 14 and 15 may be arranged.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (4)

ί; ί.ί Ϋλ Patentansprüche:ί; ί.ί Ϋλ patent claims: 1. Rohrverbindung, bei der Steckköpfe mit konischen Trapezgewinden in eine Muffe mit s passenden konischen Trapezgewinden eingreifen und bei der das axiale Ende des Steckkopfes eine mit einer entsprechenden inneren Gegenfläche der Muffe zusammenwirkende äußere konische Dichtungsoberfläche aufweist und gegen eine innere Schulter an der Muffe anliegt, während das unterschnittene axiale Ende der Muffe gegen eine unterschnittene äußere Schulter des Steckkopfes anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschnittene äußere Schulter (14) an dem Steckkopf (10) eine Unterschneidung von 5° bis 10° hat, daß das axiale Ende (16) am Steckkopf eine Untei schneidung von 5° bis 20° aufweist, daß das unterschnittene axiale Ende (15) der Muffe (11) eine Unterschneidung von 5° bis 10° hat, daß die innere Ringschulter (17) der Muffe (11) eine Unterschneidung von 5° bis 20° hat und daß die Steckköpfe und die Muffe derart bemessen sind, daß bei Kontakt eines Paares der äußeren oder inneren Unterschneidungsflächen der Trennabstand des anderen Paares nicht größer ist als 0,254 mm und daß die Schultern bzw. Enden, die zuerst miteinander in Berührung gelangen, sich etwas deformieren können.1. Pipe connection in which plug-in heads with conical trapezoidal threads are inserted into a socket with s Engage matching conical trapezoidal threads and in which the axial end of the plug head has a a corresponding inner mating surface of the sleeve cooperating outer conical sealing surface has and rests against an inner shoulder on the sleeve, while the undercut axial end of the sleeve against an undercut outer shoulder of the plug head rests, characterized in that the undercut outer shoulder (14) on the Plug head (10) has an undercut of 5 ° to 10 ° that the axial end (16) on the plug head Differentiation from 5 ° to 20 ° shows that the undercut axial end (15) of the sleeve (11) has an undercut of 5 ° to 10 ° that the inner Ring shoulder (17) of the sleeve (11) has an undercut of 5 ° to 20 ° and that the plug-in heads and the sleeve are sized such that upon contact of a pair of the outer or inner undercut surfaces the separation distance of the other pair is not greater than 0.254 mm and that the shoulders or ends that first come into contact with one another can deform a little. 2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (11) voll durchgehen- to de Gewinde und die Steckköpfe (10) verschwindende Gewinde aufweisen.2. Pipe connection according to claim 1, characterized in that the sleeve (11) fully through to de thread and the plug-in heads (10) have disappearing threads. 3. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die innere Ringschulter der Muffe (U) durch eine Dichtung (17) aus einem halogenierten Kohlenwasserstoffester gebildet ist3. Pipe connection according to claim 1 or 2, characterized in that the inner annular shoulder the sleeve (U) formed by a seal (17) made of a halogenated hydrocarbon ester is 4. Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Dichtung (17) einen Flansch (176) aufweist der sich über den Steckkopf hinweg erstreckt und in einer Ringnut in der Muffe sitzt4. Pipe connection according to claim 3, characterized in that the seal (17) has a flange (176) which extends over the plug head and sits in an annular groove in the sleeve
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